LT1302/LT1302 - 5：高性能微功率升压DC/DC转换器的设计与应用

在电子设备的电源设计中，高效、稳定的DC/DC转换器至关重要。LT1302/LT1302 - 5作为Linear Technology Corporation推出的微功率升压DC/DC转换器，在众多便携式设备中有着广泛的应用。本文将详细介绍LT1302/LT1302 - 5的特性、工作原理、应用注意事项以及典型应用电路。

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一、产品特性

1. 高输出电流与宽输入电压范围

LT1302/LT1302 - 5能够在2节电池供电的情况下，提供5V/600mA或12V/120mA的输出，并且可以在低至2V的电源电压下工作，这使得它非常适合用于各种便携式设备。

2. 低静态电流与关断功能

其静态电流仅为200µA，通过逻辑控制关断模式，可将电流进一步降低至15µA，有效延长了电池的使用寿命。

3. 低饱和电压开关

内部的低损耗NPN功率开关具有低VCESAT特性，在2A典型电流下，饱和电压仅为310mV，减少了开关损耗，提高了转换效率。

4. 工作模式切换

在轻负载时采用Burst Mode™操作，重负载时采用电流模式操作，能够在不同负载条件下保持高效率。

5. 封装形式

提供8引脚SO或PDIP封装，方便进行电路板布局和焊接。

二、工作原理

1. 轻负载模式（Burst Mode）

当负载较轻时，比较器CMP1控制输出。通过滞后比较器CMP1监测FB引脚电压，当FB电压低于1.24V参考电压时，振荡器启用，开关Q4交替导通和关断，使电感L1中的电流增加和释放，从而为输出电容C3充电。当FB电压超过参考电压加上CMP1的滞后电压（约5mV）时，振荡器关闭。在这种模式下，峰值开关电流被限制在约1A。

2. 重负载模式（电流模式）

当输出负载增加到1A峰值电流无法维持输出电压时，CMP1保持开启，峰值开关电流由VC引脚的电压（误差放大器A1的输出）调节。VC电压升高时，Q2导通电流减少，R5上的压降减小，Q4的峰值电流必须增加才能使A2触发，从而实现良好的稳定性和对输入电压变化的抗干扰能力。

三、应用注意事项

1. 电感选择

电感需要满足两个要求：一是能够承受2.5A - 3A的电流而不出现失控饱和，可适当超过制造商公布的饱和电流20%左右；二是具有低DCR（小于0.05Ω），以降低铜损。电感值不是关键因素，一般对于2V的低电压输入，推荐使用10µH的电感；对于4V - 5V的输入，使用22µH的电感。同时，由于开关频率可达400kHz，应选择能够处理高频且损耗小的磁芯材料，如铁氧体或钼坡莫合金。

2. 电容选择

• 输出电容：应选择低ESR（等效串联电阻）的电容，以确保正常工作。高ESR电容可能导致在高负载电流下在电流模式和Burst Mode之间“模式跳跃”。最大允许的输出电容ESR可通过公式 (ESR{MAX}=frac{V{OS} × V{OUT}}{V{REF} × 1 A}) 计算，其中 (V{OS}=15 mV)，(V{REF}=1.24 V)。
• 输入电容：输入电源应使用高质量的电解电容进行去耦，靠近LT1302放置，以提供稳定的输入电源。在VIN引脚处需要一个0.1µF的陶瓷电容。当输入电压高于5V时，建议使用10Ω/1µF的去耦网络。

  3. 二极管选择

  应选择2A的肖特基二极管，如Motorola MBRS130LT3，避免使用“通用”二极管，因为它们在开关调节器应用中速度太慢。

  4. 频率补偿

  获得频率补偿网络的合适RC值主要是一个经验过程，因为输入和输出电压、拓扑结构、电容ESR和电感的变化使得难以用简单公式计算。通常需要通过构建电路并施加瞬态负载来确定最佳补偿。

  5. IT引脚的使用

  IT引脚可用于禁用Burst Mode，迫使LT1302即使在轻负载时也工作在电流模式。将3.3k电阻从IT引脚连接到地即可实现这一功能，但在这种模式下需要使用更保守的频率补偿。

四、典型应用电路

1. 单节电池到5V/150mA转换器

该电路通过合理选择电感、电容和二极管，将单节电池的电压升压到5V，并提供150mA的输出电流，适用于一些小型便携式设备。

2. 2V到12V/120mA转换器

此电路针对2V输入到12V输出的情况进行设计，由于 (V{OUT } / V{IN }) 差异较大，需要设计为不连续工作模式，电感值应足够低，以确保电感电流在一个周期内能够达到2A。

3. 3节电池到3.3V降压 - 升压转换器，带辅助12V稳压输出

该电路不仅实现了3.3V的输出，还提供了12V的辅助稳压输出，适用于需要多种电压的设备。

4. 2节锂离子电池到5.8V/600mA DC/DC转换器

该电路能够将2节锂离子电池的电压转换为5.8V，并提供600mA的输出电流，满足一些对功率要求较高的便携式设备的需求。

五、布局与散热考虑

1. 布局

由于LT1302的高速、高电流开关特性，布局时需要特别注意。应遵循建议的组件放置方式，将高电流功能与敏感控制功能分开。反馈电阻R1和R2应靠近反馈引脚（引脚4），并使用100pF - 200pF的电容从FB引脚到地进行高频旁路。当输入电压为3节或更高时，建议在VIN串联2Ω - 10Ω的电阻R3，以隔离输入电源的噪声尖峰。

2. 散热

LT1302具有热关断功能，可防止内部（结）温度过高。对于表面贴装设备，可利用PCB板及其铜迹线的散热能力进行散热。实验表明，散热铜层不需要与器件的引脚电气连接，PCB材料可以有效地在器件引脚1和8连接的焊盘区域与内部或对面的接地或电源平面层之间传递热量。

总之，LT1302/LT1302 - 5是一款性能优异的微功率升压DC/DC转换器，在便携式设备电源设计中具有很大的优势。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理选择组件，并注意布局和散热问题，以确保电路的稳定运行。你在使用LT1302/LT1302 - 5的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。